C5720 Biochemie 4-Transportní bílkoviny 9/16/2019 1 Petr Zbořil Transportní bílkoviny • •Různé typy bílkovin odlišné dle způsobu transportu •Nepolární látky v polárním prostředí – krev apod. oTransport na větší vzdálenosti oVazba látky na bílkovinu – polární a nepolární oblasti oKyslík – hemoglobin, myoglobin oMastné kyseliny, lipidy apod. •Polární látky v nepolárním prostředí – membrány oSpeciální přenašečové systémy – speciální kapitola 9/16/2019 Footer Text 2 Transportní bílkoviny • •Nepolární látky v polárním prostředí •Serový albumin •Transport MK o7 na molekulu oAcyl obalen polárními úseky oPřenos dalších látek – léčiva o • • 9/16/2019 Footer Text 3 Serový albumin • 9/16/2019 Footer Text 4 Transportní bílkoviny • •Nepolární látky v polárním prostředí •Lipoproteiny oKomplexní útvary, agregáty mnoha molekul oRůzná struktura, složení, velikost apod. •Transport lipidů oCholesterol oTuky aj. lipidy oKarotenoidy apod. oNepolární komponenty obaleny fosfolipidy a apoproteiny – orientace • • 9/16/2019 Footer Text 5 Lipoproteiny •Schema lipoproteinu 9/16/2019 Footer Text 6 Transportní bílkoviny • •Nepolární látky v polárním prostředí oPřenos kyslíku v krvi – nepolární – málo rozpustný o •Hemoglobin o •Jiné přenašeče oMyoglobin – v cytoplasmě •Monomerní oBezobratlí aj. o • 9/16/2019 Footer Text 7 Struktura hemoglobinu (Hb) • •Funkční hemoglobin je tetramer složený ze o- 2 podjednotek α (lehké řetězce, 141 aminokyselin) a o- 2 podjednotek β (těžké řetězce, 146 aminokyselin) o- symbolicky označujeme tento tetramer jako α2 β2 •Označuje se HbA (adult) oev. HbA1 chceme-li odlišit od minoritního (2,5%) HbA2 o složení α2 δ2 rovněž se v organismu vyskytujícího •V každé podjednotce je vázán jeden hem jako prostetická skupina okoordinační vazbou Fe2+ na zbytky His opřímo na proximální His 93 ozprostředkovaně na distální His 64 • 9/16/2019 Footer Text 8 Struktura hemoglobinu (Hb) • • • • • • • • • • •Model Hb ov řetězcích se dále rozlišují oblasti (ramena) A – H o • 9/16/2019 Footer Text 9 Struktura hemoglobinu (Hb) • •Prostetická skupina Hb •Hem má Fe2+ •Oxidací na Fe2+ vzniká hemin •a hemoglobin se mění na methemoglobin o • 9/16/2019 Footer Text 10 Funkce hemoglobinu •Fe2+ je vázán 4 vazbami na porfyrinový kruh •5. koordinační místo je obsazeno proximálním His 93 •Fysiologickým ligandem 6. koordinační místa je O2 ovázat se mohou i jiné ligandy ovelmi pevně se váže CO (otrava svítiplynem, spalinami nedokonalého hoření apod.) •Vazba je vratná a lze ji popsat rovnicemi • Hb + O2 = Hb.O2 ev. Hb + CO = Hb.CO •Hb nazýváme dexoyHb, Hb.O2 – oxyHb, • Hb.CO – karbonylHb oSpektrální rozlišení – stanovení • 9/16/2019 Footer Text 11 Funkce hemoglobinu • • • • • • • • • • • • • •Formy a struktury Hb s různými ligandy. Povšimněte si vlivu obsazení 6. koordinačního místa ligandem, kdy se Fe2+ přemisťuje do roviny porfyrinového kruhu. Vedle změn elektronové struktury vidíme rovnici reakce mezi Hb, O2 a CO, hodnota K nás přesvědčí, že CO je mnohem pevněji vázán než kyslík. Přesto lze otravě zabránit eliminací CO a zvýšeným přívodem kyslíku. 9/16/2019 Footer Text 12 Funkce hemoglobinu •Fysiologickou funkcí Hb je přenos kyslíku v krvi (z plic ev. žaber do tkání) •Stupeň nasycení Hb kyslíkem (tj. HbO2/(HbO2 + Hb)) závisí na jeho parciálním tlaku pO2 v okolním prostředí – červená křivka (torr = 133 Pa) • • 9/16/2019 Footer Text 13 Alosterické chování Hb • • •Hb se sytí kyslíkem v plicích, uvolňuje ho v tkáních oProces je zefektivněn kooperativitou vazných míst pro kyslík (4 hemy v celém tetrameru). oNavázáním první molekuly kyslíku na jeden hem dochází ke konformační změně způsobující zvýšení afinity zbylých vazných míst pro kyslík – viz červená křivka. oPokud k tomuto efektu nedochází (například u myoglobinu, který je monomerem), je přenos kyslíku méně efektivní – viz modrá křivka. • 9/16/2019 Footer Text 14 Alosterické chování Hb • • • • • • • • •Základem tohoto efektu změna konformace vyvolaná vazbou kyslíku na Fe2+ jedné z podjednotek • 9/16/2019 Footer Text 15 Alosterické chování Hb • • • • • • • •Schematické znázornění konformační změny vlivem vazby kyslíku na hem. oFe2+ za sebou táhne His 93 a s ním celé raménko (úsek) F příslušného řetězce, které pak jako páka způsobí konformační změnu celé molekuly hemoglobinu. • 9/16/2019 Footer Text 16 Alosterické chování Hb • • • • • • • • •Modely konformačních stavů T a R oZměna se přenese na ostatní podjednotky. Molekula Hb přechází z tesnější konformace T (tense) s nízkou afinitou ke kyslíku do uvolněné konformace R (relaxed) s vyšší afinitou. Toto chování je jedním z typů allosterie. • 9/16/2019 Footer Text 17 Alosterické chování Hb • • • • • • •Zvýšení efektivity přenosu kyslíku oVliv některých metabolitů, které působí na allosterické chování Hb oAllosterické efektory oMimo CO2 a H+ takto působí i meziprodukt glykolýzy 2,3-bisfosfoglycerát •Tento metabolit stabilizuje deoxy-Hb interakcí svých kyselých skupin s His 143 β-řetězců - Tak si lze představit snazší uvolňování kyslíku při intensivnější glykolýze • • • • • 9/16/2019 Footer Text 18 Vliv pH na vazbu kyslíku na Hb • •Vliv pH a CO2 •na saturaci Hb. oKromě pH je patrný také ospecifičtější vliv CO2 oMnožství využitelného kyslíku ose zvýší o dalších ca 11% oHb je slabší kyselinou než HbO2 oBohrův efekt oPreference pracujícího osvalu - laktát • • 9/16/2019 Footer Text 19 Fetální Hb •Srovnání saturace •HbF a HbA oVyšší afinita HbF pro kyslík oumožňuje jeho přečerpávání oz placentární krve do krve plodu • Syntéza fetálního •Hb – HbF – a2g2 •Regulace syntézy •podjednotek oPo porodu kyslík – syntéza β oRozklad HbF 9/16/2019 Footer Text 20 Patologické hemoglobiny •Mutace v jednotlivých řetězcích Hb •Příklad HbS • 9/16/2019 Footer Text 21 Srpkovitá anemie • •Morfologický projev této mutace oZměněný tvar erytrocytů, které nabývají srpkovitého tvaru (sickle cells – odtud HbS) • • • • • • • 9/16/2019 Footer Text 22 Srpkovitá anemie •Základem morfologických změn je nová vlastnost HbS. oZáměna Glu-6-Val vytváří nepolární oblast oMísto tetrameru řetízkové aglomeráty připomínající strukturu aktinu – významné součásti cytoskeletu 9/16/2019 Footer Text 23 Srpkovitá anemie • •Fysiologický projev – ca 10 odvozených poruch oNedokonalý transportu kyslíku v krvi – odtud srpkovitá anémie oNevhodný tvar, životnost ca 20 dní (ca 120 u normálních) oUcpávání cév • •SYMPTOMS • ••Fever. ••Swelling of the hands and feet. ••Enlargement of the belly (heart, liver, and spleen). ••Frequent lung infections. ••Fatigue. ••Irritability. ••Yellowing of the skin (jaundice). ••Severe bone and joint pain. ••Delayed puberty. ••Shortness of breath. ••Pain in the belly, especially in the upper right side of the abdomen. ••Nausea. ••Prolonged, sometimes painful erections (priapism). ••Rapid or labored breathing. ••Frequent infections. • • • • • • • 9/16/2019 Footer Text 24 Srpkovitá anemie •Rozlišení forem Hb elektroforezou o o oAnionty – směr k + oHbS je bazičtější – pomalejší • 9/16/2019 Footer Text 25 Srpkovitá anemie •Význam mutace oNevýhoda – anemie, malá výkonnost oVýhoda – odolnost proti P. falciparum • • • • • • • • •Korelace výskytu genu HbS a malarie 9/16/2019 Footer Text 26